Сборка самодельной инфракрасной паяльной станции. Самодельная инфракрасная (ИК) паяльная станция

Около двух лет назад я разместил статью . Данная статья вызвала интерес у многих радиолюбителей. Но к сожалению после повторения ИК паяльной станции не обошлось без замечаний в плане работы станции, которые я постарался устранить в данной версии станции:
- применены аналоговые усилители термопары AD8495 со встроенной компенсацией холодного спая, в следствие чего увеличена точность показания температуры
- проблема с выходом из строя транзисторов нижнего нагревателя решена при помощи симисторного регулятора мощности
- доработана прошивка (которая совместима с прошлой версией станции). После запуска термопрофиль начинает выполняться с той температуры, до которой преднагрета плата, что экономит много времени. Отдельная благодарность за корректировку и адаптацию прошивки под китайские дисплеи.
- добавлен вакуумный пинцет
- корпус паяльной станции полностью переработан. Конструкция станции получилась очень симпатичной, более устойчивой и надежной, на рабочем столе занимает меньше места. В одном корпусе совмещено все необходимое, - нижний нагреватель, верхний нагреватель, вакуумный пинцет и сам контроллер.

Описание конструкции

Контроллер двухканальный. К первому каналу можно подключить термопару или платиновый терморезистор PT100. Ко второму каналу подключается только термопара. 2 канала имеют автоматический и ручной режим работы. Автоматический режим работы обеспечивает поддержание температуры 10-255 градусов через обратную связь с термопар или платинового терморезистора (в первом канале). В ручном режиме мощность в каждом канале можно регулировать в диапазоне 0-99%. В памяти контроллера заложено 14 термопрофилей для пайки BGA. 7 для свинецсодержащего припоя и 7 для безсвинцового припоя. Термопрофили указаны ниже.

Для безсвинцового припоя максимальная температура термопрофиля: - 8 термопрофиль - 225C о, 9 - 230C о, 10 - 235C о, 11 - 240C о, 12 - 245C о, 13 - 250C о, 14 - 255C о

Если верхний нагреватель, не успевает прогревать согласно термопрофилю, то контроллер становится на паузу и ждет пока не будет достигнута нужная температура. Это сделано для того, чтобы адаптации контроллера для слабых нагревателей, которые прогревают долго и не успевают за термопрофилем.

Контроллер начинает выполнять термопрофиль с той температура, до которой преднагрета плата. Это очень удобно, и позволяет оперативно перезапустить термопрофиль в случае, например, если была температура недостаточна для снятия чипа, то можно выбрать термопрофиль с температурой повыше, и тут же снять чип со второй попытки.

На схеме применен комбо силовой блок, состоящий из транзисторного ключа для верхнего нагревателя, и симисторного для нижнего нагревателя. Хотя, например можно использовать 2 транзисторных, или 2 симисторных ключа.

Я использовал 2 готовых модуля на AD8495 , купленных на Aliexpress. Правда модули нужно немного доработать. Смотрим фото ниже.

Не обращаем внимания на то, что модуль на втором фото повернут на 90 градусов. Пришлось развернуть, так как модули у меня упирались в силовой блок. Разъемы для термопар использованы заводские.

Тем, кто не планирует в дальнейшем использовать платиновый терморезистор, то часть схемы выделенную красной пунктирной линией можно не собирать.

Печатные платы силового блока и контроллера.

Для охлаждения силовых ключей я применил радиатор от видеокарты с активным охлаждением.

Далее на фото будет виден этап сборки паяльной станции, как конструктора. Все материалы куплены в крупном строймагазине. Передняя и задняя панель сделаны из стеклотекстолита, укрепленного алюминиевым уголком. Базальтовый картон служит в качестве теплоизоляционного материала. Нижний подогрев состоит из 9 галогенных ламп (1500вт 220-240в R7S 254мм) объединенных в 3 группы по 3 соединенных последовательно лампы.

Провод для 220В применен силиконовый, высокотемпературный.

Хороший вакуумный насос можно приобрести на Aliexpress за 400-500 рублей. Ориентир для поиска на фото ниже.

Изначально я планировал использовать паяльную станцию совместно и ИК стеклом над нижним нагревателем, что давало хорошие преимущества:
- красивый внешний вид
- плату (на стойках можно ложить прямо на стекло), как у станций Термопро
Но увы, недостатки оказались весомее:
- очень долгий нагрев (остывание) платы
- очень сильно разогревается корпус паяльной станции, к примеру без стекла корпус во время работы едва теплый. Так что от стекла пришлось отказаться.

С открученным штативом стекло легко вынимается, или вставляется в станцию. Так же вместо стекла можно вставить, например, сетку.

Внешний вид собранной станции.

Аксессуары, стойки, алюминиевый швеллер для стоек, ручка вакуумного пинцета, силиконовая трубка для пинцета, термопара.

Необходимые "ингредиенты" для изготовления ручки вакуумного пинцета. Использован смеситель от эпоксидного клея Момент в сдвоенном шприце. Алюминиевая трубка(в которой необходимо просверлить отверстие) и соединитель соответствующего диаметра для силиконовой трубки. Все вклеено в алюминиевую трубку эпоксидным клеем момент.

Настройка контроллера
Резистором R32 необходимо установить напряжение 5,12В на выходе U4. Резистором R28 настраиваем контрастность дисплея. Если не планируете использовать платиновый терморезистор, то настройка станции закончена.
Описание калибровки канала с платиновым терморезистором описано в статье первой версии станции.

Рекомендации
Верхний нагреватель необходимо устанавливать на высоте5-6 см от поверхности платы. Если в момент выполнения термопрофиля происходит выбег температуры от заданного значения больше чем на 3 градуса - понижаем мощность верхнего нагревателя(включаем станцию с нажатым энкодером и устанавливаем максимальную мощность верхнего нагревателя). Выбег на несколько градусов в конце термопрофиля(после отключения верхнего нагревателя) не страшен. Это сказывается инерционность керамики. Поэтому я выбираю нужный термопрофиль на 5 градусов меньше, чем мне надо. Перед съемом чипа при помощи зонда нужно убедиться(аккуратным нажатием на каждый угол чипа) что шары под чипом поплыли. При монтаже используем только качественный флюс, иначе неправильный выбор флюса может все испортить. Так же при монтаже чипа BGA обязательно нужно накрыть кристалл прямоугольником из алюминиевой фольги с размером стороны равной примерно ½ от стороны BGA, чтобы снизить температуру в центре, которая всегда выше, чем температура около термопары (смотрим фото тепловых пятен ИК нагревателей ELSTEIN в статье первой версии станции).
В общем смотрим видео ниже.
Ниже вы можете скачать архив с печатной платой в формате LAY, исходным кодом, прошивкой.

Список радиоэлементов

Обозначение	Тип	Номинал	Количество	Примечание	Магазин	Мой блокнот
Е1	Энкодер		1			В блокнот
U1, U2	Операционный усилитель	AD8495	2			В блокнот
U3	Операционный усилитель	LM358	1			В блокнот
U4	Линейный регулятор	LM7805	1			В блокнот
U5	МК PIC 8-бит	PIC16F876A	1			В блокнот
U6	МК PIC 8-бит	PIC12F683	1	Допустима замена на PIC12F675, но не рекомендуется		В блокнот
U7, U8	Оптопара	PC817	2			В блокнот
U9	Оптопара	MOC3052M	1			В блокнот
LCD1	LCD дисплей	VC20x4C-GIY-C1	1	20x4 на основе KS0066 (HD44780)		В блокнот
Q1	MOSFET-транзистор	TK20A60U	1			В блокнот
Z1	Кварц	16 МГц	1			В блокнот
VD1	Выпрямительный диод	LL4148	1			В блокнот
VD2	Диодный мост	KBU1010	1			В блокнот
VD3	Стабилитрон	24В	1			В блокнот
VD4	Диодный мост	DB107	1			В блокнот
T1	Симистор	BTA41-600B	1			В блокнот
R9	Платиновый терморезистор	PT100	1			В блокнот
R2, R3, R6, R7, R26, R27	Резистор	10 кОм	6			В блокнот
R1, R5	Резистор	1 МОм	2			В блокнот
R4, R8	Резистор	100 кОм	2			В блокнот
R10, R11	Резистор	4.7 кОм	2	Допуск 1% или лучше		В блокнот
R12	Резистор	51 Ом	1			В блокнот
R13, R32	Подстроечный резистор	100 Ом	2	Многооборотный		В блокнот
R14, R15, R16, R17	Резистор	220 кОм	5	Допуск 1% или лучше		В блокнот
R18	Резистор	1.5 кОм	1			В блокнот
R19	Подстроечный резистор	100 кОм	1	Многооборотный		В блокнот
R20	Резистор	100 Ом	1			В блокнот
R21	Резистор	20 кОм	1			В блокнот
R22	Резистор	510 Ом	1			В блокнот
R23, R24	Резистор	47 кОм	2	Мощность 1Вт		В блокнот
R25	Резистор	5.1 кОм	1			В блокнот
R28	Подстроечный резистор	10 кОм	1	Многооборотный		В блокнот
R29	Резистор	16 Ом	1	Мощность 2Вт		В блокнот
R30, R31	Резистор	2.7 кОм	2			В блокнот
R33	Резистор	2.2 кОм	1			В блокнот
R34	Резистор	100 кОм	1	Мощность 1Вт (возможно придется подобрать номинал при настройке детектора нуля)		В блокнот
R35	Резистор	47 кОм	1	возможно придется подобрать номинал при настройке детектора нуля		В блокнот
R36	Резистор	470 Ом	1			В блокнот
R37	Резистор	360 Ом	1	Мощность 1Вт		В блокнот
R38	Резистор	330 Ом	1	Мощность 1Вт		В блокнот
R39	Резистор

Радиолюбителям рано или поздно приходится сталкиваться с пайкой элементов посредством массива шариков. BGA способ пайки используется повсеместно в массовых производствах различной техники. Для монтажа используется инфракрасный паяльник, который производит соединение деталей бесконтактным способом. Готовые модификации стоят дорого, а более дешевые аналоги не обладают достаточным функционалом, поэтому возможно изготовить паяльник в домашних условиях.

Описание процесса ИК пайки

Принцип работы инфракрасной паяльной станции заключается в воздействии сильными волнами длиной 2-7 мкм на элемент. Устройство для пайки самодельными ИК паяльными станциями как самодельными, так и приобретаемыми, состоит из нескольких элементов:

• Нижний нагреватель.
• Верхний нагреватель, отвечающий за основное воздействие на материалы.
• Конструкция держателя платы, размещенная на столе.
• Контроллер температуры, состоящий из программируемого элемента и термопары.

Длина волны, напрямую зависит от температурных показателей источника энергии. Материалы в различной форме подвергаются пайке с помощью ИК станции, сделанной своими руками, существуют основные параметры передачи энергии, непрозрачность, отражение, полупрозрачность и прозрачность. Перед изготовлением ИК паяльной станции своими руками нужно понимать, что существуют некоторые недостатки данных систем:

• Разная степень поглощения энергии компонентами ведет за собой неравномерный прогрев.
• Каждая плата ввиду различных характеристик требует подбора температур, в противном случае, компоненты перегреваются, выходят из строя.
• Наличие «мертвой зоны», где инфракрасная энергия не достигает требуемого объекта.
• Обязательное условие защиты поверхностей остальных элементов от испарения флюсов.

Нагревание происходит за счет передачи тепла к монтажной плате. Тепловое воздействие инфракрасной станцией происходит поверх детали, температуры бывает не достаточно, поэтому конструкция подразумевает нагрев нижней части. Нижняя часть состоит из термостола, процесс пайки может осуществляться посредством спокойного инфракрасного излучения, либо потоком воздуха.

Профессиональное оборудование стоит достаточно дорого, более дешевые аналоги не обладают достаточным функционалом. Для экономии средств, выполнения нужных операций с BGA контроллерами, возможно изготовить инфракрасную паяльную станцию своими руками. Сборка возможна из доступных на рынке и подручных материалов. Конструкция представляет собой изготовленный из старого светильника термостол, оснащенный лампами галогенового типа. Контроллер и верхний нагреватель приобретается на рынке или собирается из старых запасных частей.

Термостол потребует наличие отражателей, галогеновых ламп, размещенных в корпусе из профиля или листового металла. При изготовлении инфракрасной паяльной станции своими руками, стоит придерживаться чертежей, которые возможно разработать самостоятельно или позаимствовать у других исполнителей. Обязательно корпус снабжается местом для термопары, которая передает информацию на контролер для предотвращения резких перепадов температуры, избыточного нагрева материала.

Сборка ИК паяльной станции подразумевает самодельные конструкции в виде крепежа из штатива. Контроль температуры нагревательного узла производится второй термопарой. Устанавливается параллельно с нагревателем, штатив закрепляется на панели таким способом, чтобы ИК элемент можно было перемещать над поверхностью термостола. Расположение платы производится выше галогеновых ламп на 2-3 см, в корпусе термостола. Крепление производится кронштейнами, для изготовления возможно использовать ненужный алюминиевый профиль.

Изготовление паяльной лампы своими руками в первую очередь потребует корпус. Для охлаждения системы требуется монтаж одного мощного или нескольких кулеров, материал желательно выбрать из оцинкованной стали. После полной сборки производится наладка системы путем запуска схемы, отладки устройства.

Нижний подогрев может быть изготовлен несколькими способами, но гораздо лучшим вариантом является использование галогеновых ламп. Рациональным решением является установка своими руками ламп суммарной мощностью от 1 кВт. По бокам конструкции устанавливаются порожки, которые зафиксируют плату. Установка материалов для пайки производится на швеллер, для более мелких деталей используются подложки или прищепки.

Известно, что верхний нагреватель подходящего качества невозможно изготовить своими руками. Для достижения наилучшего результата в процессе ИК пайки, необходимо воспользоваться керамическими нагревательными элементами. Для и нфракрасной паяльной станции, изготовленной своими руками оптимальным вариантом является использование нагревателя ELSTEIN. Производитель показывает наилучшие результаты, спектр излучения идеально подходит для замены BGA плат, других деталей. Не рекомендуется экономить на покупке верхнего нагревателя — обогревателя при сборке паяльной станции своими руками, т.к. при работе некачественным инструментом возможно повреждение платы или собранной конструкции.

Конструкция для верхнего подогрева возможна из самодельной станины. Достаточно иметь регулировку по высоте и широте для комфортной работы на инфракрасной паяльной станции, изготовленной своими руками. К штативу крепится термопара для контроля температуры.

Корпус контроллера подбирается по размерам в соответствие с устанавливаемыми деталями. Подходящим вариантом может оказаться кусок листового метала, который без труда возможно отрезать ножницами по металлу. Размещается в блоке управления также вентиляторы, различные кнопки, а также дисплей и сам контроллер. В роли контроллера выступает Arduino, функциональность вполне достаточна для выполнения пайки BGA схем своими руками.

Детали для самодельного прибора

Перед сборкой любого оборудования своими руками, необходимо подготовить материалы и инструменты. Для инфракрасного паяльника понадобятся:

• Комплект галогеновых ламп, количество которых зависит от формы будущего нижнего нагревателя паяльной станции, оптимальное количество подбирается в диапазоне от 4 до 6 штук.
• Керамическая инфракрасная головка мощностью не менее 400 ватт для верхнего нагревателя.
• Шланг от душевой лейки для проводов, алюминиевые уголки.
• Стальная проволока, крепежный элемент от старого фотоаппарата или настольной лампы для изготовления штатива.
• Контроллер Arduino, 2 реле и термопары, а также блок питания выходом 5 вольт, который можно изготовить от зарядного устройства мобильного телефона.
• Винты, разъемы и дополнительные периферии.

В процессе сборки понадобятся чертежи, разобрать которые помогут элементарные знания в электронике.

Применение и устройство

Инфракрасный паяльник используется в основном при условиях отсутствия доступа к заменяемым компонентам. Применяется при замене мелких деталей, основным достоинством является отсутствие нагаров и прочих отложений, как при работе обычным паяльником, а также малая возможность повредить соседние элементы. Для домашнего использования возможно изготовить паяльник своими руками, используя прикуриватель от автомобиля.

Работа устройства происходит при питании 12 вольт, такое напряжения возможно получить путем использования преобразователя или не нужного блока питания для компьютера.

Изготовление

Перед сборкой паяльной станции, извлекается из корпуса прикуривателя нагревательный элемент. К контактам питания присоединяются провода питания, к центральному проводу возможно подвести медный провод с изоляцией. Сделать паяльник не составит большого труда, достаточно изолировать соединение на расстоянии от нагревательного элемента, возможно использовать термоусадочную трубку.

Корпус производится из тугоплавкого материала. Возможно воспользоваться нерабочим паяльником или приобрести кусок стали. Необходимо следить за отсутствием соприкосновения проводов. Важно понимать, что подобного рода устройство используется при незначимых работах, так как температурные пороги, другие параметры не контролируются.

В мастерской любого радиолюбителя имеется один, а может и сразу несколько паяльников. Но вот паяльная станция, особенно инфракрасная – для многих лишь мечта.

Дело в том, что это профессиональное оборудование, применяемое для качественной пайки таких сложных элементов, как чипы BGA (от английской аббревиатуры Ball grid array, что в переводе может звучать как "Массив шариков", полный русский аналог – "поверхностно-монтируемые интегральные схемы").

Чтобы было понятнее – картинка.

Рис. 1. Пример чипа BGA

Припаять или даже отпаять такой чип обычным паяльником невозможно. С определенной долей вероятности может помочь паяльный фен, но только для отпайки и только если микросхему можно потом выбросить…

Дело в том, что в данном случае требуется:

1.Нагрев сразу с двух сторон;

2.Равномерное проникновение тепла сквозь тело микросхемы (такое делает возможным ИК-излучение);

3.Точный контроль температуры в процессе работ.

А все это напрямую связано со сложной логикой работы устройства и дорогостоящими нагревателями и датчиками.

Наверное, поэтому готовые ИК паяльные станции стоят от 30 тыс.р. (даже при заказе из Китая).

Даже если собрать все необходимые детали для ИК станции, их совокупная стоимость получится ненамного ниже готового варианта. А значит, если у вас ограниченный бюджет, материал ниже – для вас.

На форумах такое устройство ласково прозвали "прикуяльником", так как оно представляет из себя паяльник с прикуривателем вместо жала.

Выглядит он приблизительно так:

Рис. 2. Инфракрасная паяльная станция из прикуривателя

На самом деле, паяльник используется скорее просто как держатель (внутри уже нет нагревательного элемента, развязка меди и стали сделана специально).

Схема управления нагревателем строится на базе простых и недорогих элементов. Выглядит она так.

Рис. 3. Схема управления нагревателем

Если под рукой нет таймера 555, можно взять серию UC384x. Тогда схема будет иметь следующий вид.

Блок питания +12В можно сделать из трансформатора и диодного моста (самый элементарный, диоды лучше всего смонтировать на радиаторе).

Как видно из схемы – контроля температуры нет.

При таком количестве элементов можно обойтись и без печатной платы. Отлично справится макетная, а при определенной сноровке и наличии свободного пространства в корпусе – подойдет монтаж на весу.

Рис. 5. Монтаж платы

Нижний подогрев должен обеспечивать правильный термопрофиль для припоя. Графики для свинецсодержащих и безсвинцовых припоев приведены ниже.

Рис. 6. Графики для свинецсодержащих и безсвинцовых припоев

Конечно, регулирование температуры и поддержание ее на заданном уровне – сложная задача (в норме требуется термопара, логика обработки данных с нее и т.д.).

Но сделаем простой ход – нагрев будем регулировать обычным димером (от осветительных приборов), а в качестве источника тепла используем готовую галогеновую лампу на 150 Вт.

Температуру можно выставить по внешнему термометру, или "на глаз" (экспериментальным путем).

Рис. 7. Вариант нижнего нагревателя

Здесь в качестве платформы используется старая печатная плата с медной фольгой (чистым текстолитом повернута вверх).

Таким образом, в качестве конечного результата:

1.Подогрев снизу осуществляется галогеновой лампой, включенной в сеть 220В. Ее мощность регулируется димером.

2.Пайка осуществляется с помощью прикуривателя. Его мощность нагрева регулируется переменным резистором (смотри схему).

Процесс выглядит так.

Рис. 8. Процесс пайки

Конечно, для обычных микросхем пайка может осуществляться и без нижнего подогрева.

Можно работать и только с нижней платформой (например, если нужно демонтировать большое количество радиоэлементов сразу), но следует проявлять особую осторожность, так как при излишнем перегреве дорожки могут отслоиться от текстолита.

Такая паяльная станция подойдет только для кратковременной работы в быту.

Другие способы реализации

В сети можно найти много других вариаций на тему создания ИК-станции своими руками, но все они имеют бюджет 10 тыс. р.+, что сводит на нет все усилия.

То есть, если учесть возможность ошибки в процессе монтажа (по неосторожности или по неопытности) или поставки некачественной детали (что случается часто при взаимодействии с зарубежными продавцами), а также другие нюансы, то проще и надежнее приобрести готовое решение.

Дата публикации: 23.02.2018

Мнения читателей

• Юрий / 31.10.2018 - 11:26
  Попробуйте на эту станцию поставить контроллер типа IR101 http://tehnostation.ru/kontroller/ или IR102 от и получится полноценная паяльная станция с регулируемыми профилями.

В настоящее время все электронные устройства содержат в конструкции сложную начинку из множества компонентов. Время от времени возникает необходимость в ремонте таких устройств.

Ремонт обычно заключается в замене неисправных деталей на новые. И если раньше возможно было просто обойтись для этого паяльником, то с появлением компонентов в корпусах BGA, даже использование термовоздушной пайки не всегда успешно.

Специалисты применяют ик паяльник или , излучающую инфракрасные волны.

Проблема при работе с компонентами в корпусах BGA заключается в необходимости нагреть и расплавить сразу большое количество шариков припоя.

При нагревании их, некоторое количества тепла за счет теплопроводности материалов отдается на монтажную плату. Того тепла, которое дает паяльная станция, становится недостаточно.

Увеличение времени нагрева или повышение температуры не лучшим образом сказывается на микросхеме. Она может перегреться и выйти из строя.

Решение напрашивается само собой – нужно предварительно разогреть монтажную плату снизу, не воздействуя теплом на микросхему. Разогревать можно как потоком воздуха, так и спокойным инфракрасным излучением.

В результате, когда температура материала платы поднимется, уменьшится теплоотвод с ножек контактов и понадобится меньшая температура и меньшее время воздействия для того, чтобы расплавить шарики припоя.

При использовании инфракрасной пайки для нижнего прогрева используют специальные устройства – термостолы. В этом состоит принцип работы инфракрасной паяльной станции.

Инфракрасная пайка заключает в себе множество преимуществ перед термовоздушной. Если при термовоздушной пайке возможно контролировать только скорость истечения воздуха из сопла и температуру нагревательного элемента, и совершенно невозможно управлять оттоком воздуха, то при инфракрасной пайке контролю поддается температура припоя на протяжении всего цикла работ.

Применение инфракрасной паяльной станции позволяет более точное воздействие на определенную область платы, что затруднительно при пайке горячим воздухом.

А при ремонтных работах задача как раз и состоит в том, чтобы заменить один или несколько компонентов схемы, совершенно не воздействуя на другие.

Модель ИК-650 ПРО

Одной из наиболее распространенных инфракрасных паяльных станций профессионального уровня является ИК-650 ПРО. В России это устройство стало одним из первых, способных с успехом производить ремонт техники с BGA схемами.

Пайка производится настолько качественно, что возникло устойчивое мнение об абсолютной надежности устройств, платы которых монтировались при помощи этой инфракрасной паяльной станции.

Программное обеспечение позволяет очень точно выдерживать температурный профиль, что немаловажно для создания прочных, надежных контактов. Ведь для качественной пайки необходимо не просто создать температуру достаточную для плавления припоя, а нужно еще поднять ее плавно и затем плавно понизить, не допуская резкого охлаждения контакта.

Только тогда будет создана прочная кристаллическая решетка в капле припоя, соединяющей контакт микросхемы с монтажным пятачком.

Инфракрасная станция имеет модульную конструкцию и позволяет собрать множество возможных конфигураций для производства предварительных и вспомогательных работ:

• возможно использование различного типа термостолов;
• подключение электронного микроскопа;
• автоматическое регулирование температуры нагрева и остывания;
• существуют дополнительные модули для восстановления выводов BGA (это называется реболлингом).

В комплектацию паяльной станции входит также вакуумный пинцет, которым удобно устанавливать мелкие детали на плате.

Стоимость инфракрасной паяльной станции ИК-650 ПРО в настоящее время более 150 000 рублей. Она является профессиональным оборудованием и, конечно же, для любительского использования практически недоступна.

Детали для самодельного прибора

Имеющиеся в продаже инфракрасные паяльные станции отечественного и зарубежного производства представлены в продаже очень широко, но цены на них начинаются от 20 000 рублей. И при минимальной цене, это будет инструмент не самого лучшего качества.

При необходимости производства работ с BGA-корпусами в условиях стесненности в средствах выходом может стать самодельная инфракрасная паяльная станция.

Собрать ее можно из деталей инфракрасных станций, имеющихся в продаже, а также из подручных материалов и старых отслуживших свой срок приборов.

Термостол для паяльной станции можно изготовить из светильника или нагревателя с галогеновыми лампами, которые будут нагревать плату до необходимой температуры. Верхний нагреватель и придется приобрести из запасных частей, покупая их новыми или бывшими в употреблении.

Штатив для верхнего нагревательного блока можно изготовить из опоры от старой настольной лампы.

Для термостола необходимо запастись галогеновыми лампами и отражателями-рефлекторами. Их помещают в корпус, который можно изготовить самостоятельно из алюминиевого профиля и листового металла.

Кроме ламп, в корпусе необходимо предусмотреть место для крепления термопары, которая будет «снабжать» информацией о температуре ламп модуль управления.

Температура должна выдерживаться точно, чтобы платы не растрескивались от избыточного тепла и резких перепадов температуры.

Сборка

Инфракрасную головку мощностью около 400-450 Вт, необходимо закрепить на штативе, используя крепеж, элементы которого легко приобрести в торговой сети, для контроля температуры верхнего нагревательного узла необходимо применить вторую термопару.

Она должна быть установлена вместе с нагревателем. Кабель можно проложить в гибком металлорукаве. Штатив паяльной станции необходимо крепить таким образом, чтобы ИК-головка могла свободно перемещаться над всей поверхностью.

На корпусе термостола необходимо предусмотреть кронштейны для фиксации платы. Она должна располагаться на несколько сантиметров выше галогеновых ламп. Для кронштейнов можно применить подходящие алюминиевые профили.

Контроллер для инфракрасной паяльной станции помещается в корпус, который можно изготовить самостоятельно из листового металла, лучше из оцинкованной стали.

При необходимости в корпус можно встроить такие же вентиляторы охлаждения, какие используются в корпусе компьютера.

После сборки самой конструкции предстоит отладка всей схемы инфракрасной паяльной станции. Это производится опытным путем, многократно запуская схему и производя замеры. Процесс нелегкий, но после настройки он даст свои результаты – паяльная станция будет работать правильно.

Бесконтактный паяльник

Если острой потребности в использовании инфракрасной паяльной станции нет, то для пайки может быть с успехом применен инфракрасный паяльник. Внешне он похож на обычный с той разницей, что вместо жала имеет нагревательный элемент.

Применение и устройство

Инфракрасный паяльник используется в условиях, когда контакт с выводами компонентов недопустим. Удобно им пользоваться и для пайки радиодеталей, так как часто у обычного паяльника на жале образуется нагар, и соединения получаются некачественными. Нагар приходится счищать, а на эти действия уходит порой довольно много времени.

В условиях домашней мастерской можно сделать простейший самодельный инфракрасный паяльник из прикуривателя автомобиля. Нагревательный элемент этого устройства отлично подойдет для изготовления инструмента.

Так как для нормальной работы прикуривателя нужен постоянный ток напряжением 12 Вольт, соответствующий бортовой электросети автомобиля, понадобится электропреобразователь, чтобы можно было использовать бытовую сеть переменного тока. Для этих целей можно с успехом применить блок питания для корпусов компьютеров.

Изготовление

Чтобы собрать инфракрасный паяльник, необходимо извлечь нагревательный элемент из корпуса прикуривателя. Далее к его контактам необходимо присоединить питающие провода. К центральному контакту, соответствующему «плюсу» автомобильной сети, можно подвести любой медный провод в изоляции.

К «рубашке» элемента, контактирующей в автомобиле с массой, необходимо подвести медный одножильный провод сечением не менее 2,5 кв. мм. К этому проводу уже можно припаять другой гибкий медный проводник.

Соединение необходимо изолировать на расстоянии примерно 2-3 см от нагревательного элемента, одев на соединение термоусадочную трубку. ПВХ изоляционную ленту использовать не стоит, так как она может расплавиться.

Для корпуса инфракрасного паяльного инструмента необходимо использовать любой стержень из тугоплавкого материала. Можно даже использовать неисправный паяльник, закрепив нагревательный элемент прикуривателя на жало.

Для этой цели используют стальные затягивающиеся хомуты. При этом необходимо следить, чтобы два питающих провода не соприкасались друг с другом неизолированными отрезками. Устройство соединяется с блоком питания гибким кабелем или электрошнуром достаточной длины.

Очевидно, что использование такого паяльника возможно только при пайке неответственных соединений, так как контролировать характеристики в процессе работ крайне затруднительно.

Многие радиолюбители не могут подобрать подходящий инструмент различных микросхем и компонентов. Паяльная станция своими руками для таких умельцев – это один из лучших вариантов решения всех проблем.

Больше не нужно выбирать из множества несовершенных фабричных устройств, достаточно найти подходящие комплектующие, потратить немного времени и сделать идеальное устройство, удовлетворяющее все требования, своими руками.

Современный рынок предлагает радиолюбителям огромное количество всевозможных видов с разной комплектацией.

В большинстве случаев станции для пайки делятся на:

1. Контактные станции.
2. Цифровые и аналоговые устройства.
3. Индукционные аппараты.
4. Бесконтактные устройства.
5. Демонтажные станции.

Первый вариант станций представляет собой паяльник, подключенный к блоку регулировки температуры.

Электрическая схема паяльной станции.

Контактные паяльные устройства делятся на:

• устройства для работы со свинцовосодержащими припоями;
• устройства для работы с безсвинцовыми припоями.

Позволяющие плавить безсвинцовый припой, обладают мощными нагревательными элементами. Такой выбор паяльников обусловлен высокой температурой плавления припоя без свинца. Безусловно, благодаря наличию регулятора температуры, подобные аппараты применимы для работы со свинцовосодержащим припоем.

Аналоговые аппараты для пайки регулируют температуру жала при помощи термодатчика. Как только наконечник перегревается, питание отключается. При остывании сердечника питание вновь подается на паяльник и начинается нагрев.

Цифровые устройства управляют температурой паяльника при помощи специализированного ПИД регулятора, который в свою очередь подчиняется своеобразной программе, заложенной в микроконтроллер.

Отличительной особенностью индукционных устройств является нагрев сердечника паяльника при помощи импульсной катушки. В процессе работы происходят колебания высоких частот, образующие в ферромагнетиковом покрытии аппаратуры вихревые токи.

Остановка нагрева происходит из-за достижения ферромагнетиком точки Кюри, после которой меняются свойства металла и прекращается эффект от воздействия высоких частот.

Бесконтактные аппараты для пайки делятся на:

• инфракрасные;
• термовоздушные;
• комбинированные.

Паяльная станция состоит из нагревательного элемента в виде кварцевого или керамического излучателя.

Инфракрасные паяльные станции, по сравнению с термовоздушными, обладают следующими ощутимыми преимуществами:

• отсутствие необходимости в поиске насадок на паяльный фен;
• хорошо подходят для работы со всеми видами микросхем;
• отсутствие термической деформации печатных плат из-за равномерного прогрева;
• радиодетали не сдуваются воздухом с платы;
• равномерный прогрев места пропая.

Важно отметить, что инфракрасные устройства для пайки являются профессиональным оборудованием и редко используются простыми радиолюбителями.

Зависимость температуры от времени пайки.

В большинстве случаев инфракрасные аппараты состоят из:

• верхнего керамического или кварцевого нагревателя;
• нижнего нагревателя;
• стола для поддержки печатных плат;
• микроконтроллера, управляющего станцией;
• термопар для контроля текущих температур.

Термовоздушные станции для пайки используются для монтажа радиодеталей. В большинстве случает термовоздушными станциями удобно паять компоненты, находящиеся в SMD корпусах. Такие детали имеют миниатюрные размеры и хорошо паяются по средствам подачи на них горячего воздуха из термофена.

Комбинированные устройства, как правило, сочетают в себе несколько видов паяльного оборудования, например, термофен и паяльник.

Демонтажные станции комплектуются компрессором, работающим на втягивание воздуха. Такое оборудование оптимально подходит для снятия излишков припоя или демонтажа ненужных компонентов на печатной плате.

Все мало-мальски приличные станции компонентов в разных корпусах, имеют в наличие такое дополнительное оборудование:

• лампы подсветки;
• дымоуловители или вытяжки;
• пистолеты для демонтажа и всасывания излишков припоя;
• вакуумные пинцеты;
• инфракрасные излучатели для прогрева всей печатной платы;
• термофен для прогрева определенного участка;
• термопинцет.

Паяльная станция своими руками

Наиболее функциональная и удобная станция – это инфракрасная.

Перед тем, как сделать инфракрасную паяльную станцию своими руками, следует приобрести следующие элементы:

• галогеновый обогреватель на четырех инфракрасных лампах мощностью 2КВт;
• верхний инфракрасный нагреватель для паяльной станции в виде керамической инфракрасной головки на 450 Вт;
• алюминиевые уголки для создания каркаса конструкции;
• шланг для душа;
• проволока из стали;
• нога от любой настольной лампы;
• программируемый микрокомпьютер, например, Ардуино;
• несколько твердотельных реле;
• две термопары для контроля текущей температуры;
• блок питания на 5 вольт;
• небольшой экран;
• зуммер на 5 вольт;
• крепежные элементы;
• при необходимости, паяльный фен.

В качестве верхнего нагревателя можно использовать кварцевые или керамические нагреватели.

Изготовление паяльной станции своими руками.

Преимущества керамических излучателей представлены:

• невидимым спектром излучения, не повреждающим глаза радиолюбителя;
• более длительным временем безотказной работы;
• большой распространенностью.

В свою очередь, кварцевые ИК подогреватели обладают следующими плюсами:

• большая однородность температуры в зоне подогрева;
• меньшая стоимость.

Этапы сборки ИК паяльной станции представлены ниже:

1. Монтаж элементов нижнего нагревателя для работы с bga элементами.
   Наиболее простым методом добычи четырех галогеновых ламп служит демонтаж их из старенького обогревателя. После того, как вопрос с лампами решен, следует придумать вид корпуса.
2. Сборка конструкции паяльного стола и продумывание системы удержания плат на нижнем нагревателе.
   Установка системы крепления печатных плат заключается в отрезке шести кусков алюминиевого профиля и прикреплении их к корпусу при помощи гаек из перфорированной ленты. Получившаяся система крепления позволяет перемещать печатную плату и подстраивать ее под нужды радиолюбителя.
3. Монтаж элементов верхнего нагревателя и паяльного фена.
   Керамический нагреватель на 450 – 500 Вт можно приобрести в китайском интернет магазине. Для монтажа верхнего подогрева необходимо взять лист металла и согнуть его по размерам нагревателя. После этого верхний нагреватель самодельной ик вместе с феном следует разместить на ножке от старой настолько лампы и подключить к блоку питания.
4. Программирование и подключение микрокомпьютера.
   Наиболее ответственный этап создания собственного инфракрасного устройства для пайки, включающий: создание корпуса для микроконтроллера с продумыванием места под остальные компоненты и кнопки. В корпусе вместе с контроллером должны быть следующие элементы: два твердотельных реле, дисплей, блок питания, кнопки и соединительные клеммы.

Большинство радиолюбителей предпочитают использовать старые системные блоки в качестве основы корпуса и алюминиевые уголки для крепления всех основных элементов нижнего нагревателя. При подключении ламп рекомендуется использовать штатную проводку разобранного галогенового обогревателя.

По завершению процесса сборки станции следует переходить к непосредственной настройке микроконтроллера. Радиолюбителям, сделавшим самому инфракрасную паяльную станцию, зачастую приходилось использовать микрокомпьютер Ардуино ATmega2560.

Программное обеспечение, написанное специально для устройств, основанных на данном типе контроллера, можно найти в интернете.

Схема

Принципиальная схема инфракрасного паяльника.

Типовая схема паяльной станции включает:

• блок усилителей термопар;
• микроконтроллер с экраном;
• клавиатуру;
• звуковой сигнализатор, например, компьютерный спикер;
• элементы питания и поддержки паяльного фена;
• чертежи элементов детектора нуля;
• элементы силовой части;
• блок питания всей аппаратуры.

В большинстве случаев, схема станции представлена следующими микрокомпонентами:

• опторазвязка;
• мосфет;
• симистор;
• несколько стабилизаторов;
• потенциометр;
• подстроечный резистор;
• резистор;
• светодиоды;
• резонатор;
• несколько резонаторов в СМД корпусах;
• конденсаторы;
• переключатели.

Точные маркировки деталей разнятся в зависимости от потребностей и предполагаемых рабочих режимов.

Процесс

Процесс сборки инфракрасной паяльной станции во многом зависит от предпочтений мастера.

Типовой вариант устройства на микроконтроллере Ардуино, устраивающий большинство радиолюбителей, собирается в такой последовательности:

• подбор необходимых элементов;
• подготовка радиодеталей и нагревателей к проведения монтажных работ;
• сборка корпуса паяльной станции;
• установка нижних предварительных нагревателей для равномерного разогрева массивных печатных плат;
• установка платы управления комбайном для пайки и ее фиксация при помощи заранее подготовленных крепежных элементов;
• монтаж верхнего нагревателя и паяльного термофена;
• установка креплений для термопар;
• программирование микроконтроллера под определенные условия паяльных работ;
• проверка всех элементов, включая галогеновые лампы нижнего нагревателя, инфракрасный излучатель и паяльный фен.

Устройство паяльной станции.

После полной сборки инфракрасной станции следует проверить все элементы на работоспособность.

Отдельное внимание нужно уделить проверке корректности работы термопар, поскольку в данной системе отсутствует их компенсация.

Это означает, что при перемене температуры воздуха в помещении термопара начнет измерять температуру с существенной погрешностью.

Проверка головки керамического нагревателя также важна. В случае, если инфракрасный излучатель перегревается, необходимо обеспечить обдув воздухом или охлаждение при помощи дополнительного радиатора.

Настройка

Настройка режимов работы ИК паяльной станции в основном заключается в:

• установке допустимых режимов работы паяльных фенов;
• проверке режимов работы нижнего нагревательного элемента;
• выставлении рабочих температур верхнего кварцевого излучателя;
• установке специальных кнопок для быстрого изменения параметров нагрева;
• программировании микроконтроллера.

Особенности устройства паяльной станции.

По мере выполнения паяльных работ может потребоваться изменение температур и режимов.

Такие действия можно произвести при помощи кнопок, связанных с микрокомпьютером:

• кнопка + должна быть настроена на повышение температуры покупного или самодельного кварцевого излучателя с шагом в 5 – 10 градусов;
• кнопки – должна понижать температуру также с небольшим шагом.

Основные настройки микрокомпьютера представлены:

• регулировкой значений P, I и D;
• подстройкой профилей, в которых прописан шаг изменения тех или иных параметров;
• настройкой критических температур, при которых станция отключается.

Некоторые конструкторы верхний нагреватель делают из фена. Такой подход подойдет лишь для пайки небольших элементов в SMD корпусах.

Самодельные ИК паяльные станции отлично подойдут для небольшого ремонта дома или в частных мастерских. Благодаря относительной простоте конструкции и широкому функционалу инфракрасные станции пользуются невероятным спросом.

Электрическая схема паяльника.

1. Грамотная настройка параметров микроконтроллера.
   В случае, если в компьютер внесены неверные параметры, паяльная установка может некачественно пропаивать компоненты и повреждать маску печатных плат.
2. Надевание средств защиты при выполнении паяльных работ.
   Кварцевый излучатель, в отличие от керамического, при работе порождает излучение на видимой для глаза длине волны. Поэтому, если в устройстве используется кварцевый инфракрасный излучатель рекомендуется надевать специальные защитные очки, защищающие оператора от повреждения зрения.
3. Электрическая принципиальная схема станции должна содержать только надежные элементы.
   Кроме этого, все конденсаторы и резисторы, используемые при сборке, должны иметь быть выбраны с небольшим запасом.
4. Контроллер для ИК паяльной станции можно выбрать из популярных моделей Ардуино.
   При желании, контроллер можно изготовить и из неизвестного микрокомпьютера, однако, в этом случае мастеру придется самостоятельно разработать программное обеспечение для работы паяльной станции.
5. При сборке станции следует предусмотреть разъем для подключения паяльника.
   Иногда, компоненты платы удобнее точечно выпаивать при помощи обычного паяльника или устройства с термофеном вместо жала. Подобное решение можно реализовать, путем проектирования дополнительной термопары для контроля температуры паяльника.
6. Для пайки с использованием активных флюсов и припоев с высоким содержанием свинца следует обеспечить циркуляцию воздуха.
   Хорошая вытяжка или вентилятор значительно облегчат дыхание оператора и позволяет ему не дышать испарениями вредных металлов.

Заключение

ИК паяльные станции – это одни из лучших установок в самых разных корпусных исполнениях. Сделать паяльную станцию на инфракрасных подогревающих элементах можно даже в домашних условиях.

Как правило, домашние мастера для нижних нагревателей предпочитают использовать мощные галогеновые лампы. Основные распиновки разъемов, параметры микросхем, модели микроконтроллера, инструкции о том, как из бытового фена сделать паяльный и другая информация доступна в интернете.